Olemasolevate ainete kristallvõre tüüp. Aatomi-, molekulaar-, ioon- ja metallikristallvõre

USE kodifitseerija teemad: Molekulaarse ja mittemolekulaarse struktuuriga ained. Kristallvõre tüüp. Ainete omaduste sõltuvus nende koostisest ja struktuurist.

Molekulaarkineetiline teooria

Kõik molekulid koosnevad väikestest osakestest, mida nimetatakse aatomiteks. Kõik praegu avastatud aatomid on kogutud perioodilisustabelisse.

Atom on aine väikseim keemiliselt jagamatu osake, mis säilitab oma keemilised omadused. Aatomid ühenduvad üksteisega keemilised sidemed. Oleme varem kaalunud a. Enne selle artikliga tutvumist uurige kindlasti teooriat teemal: Keemiliste sidemete tüübid!

Nüüd vaatame, kuidas osakesed saavad aines ühineda.

Sõltuvalt osakeste paiknemisest üksteise suhtes võivad nendest moodustuvate ainete omadused suuresti erineda. Seega, kui osakesed asuvad üksteisest eemal kaua eemal(osakeste vaheline kaugus on palju suurem kui osakeste endi suurus), nad praktiliselt ei suhtle üksteisega, nad liiguvad ruumis juhuslikult ja pidevalt, siis on meil tegemist gaas .

Kui osakesed paiknevad Sulgeüksteisele, kuid kaootiliselt, rohkem omavahel suhelda, teeb ühes asendis intensiivseid võnkuvaid liigutusi, kuid suudab hüpata teise asendisse, siis on see struktuuri mudel vedelikud .

Kui osakesed paiknevad Sulgeüksteisele, aga rohkemgi korrastatud ja rohkem suhelda omavahel, kuid liiguvad ainult ühes tasakaaluasendis, praktiliselt ilma teise liikumata positsiooniga, millega me tegeleme tahke .

Enamik tuntud kemikaale ja segusid võivad esineda tahkes, vedelas ja gaasilises olekus. Lihtsaim näide on vesi. Tavatingimustes on see vedel, 0 o C juures külmub - läheb vedelast olekust üle tahke, ja 100 ° C juures keeb - läheb sisse gaasifaas- veeaur. Samal ajal on paljud ained tavatingimustes gaasid, vedelikud või tahked ained. Näiteks õhk, lämmastiku ja hapniku segu, on tavatingimustes gaas. Kuid kõrgel rõhul ja madalal temperatuuril lämmastik ja hapnik kondenseeruvad ja lähevad vedelasse faasi. Tööstuses kasutatakse aktiivselt vedelat lämmastikku. Mõnikord isoleeritud plasma, sama hästi kui vedelkristallid, eraldi faasidena.

Üksikute ainete ja segude paljusid omadusi seletatakse sellega osakeste vastastikune paigutus ruumis üksteise suhtes!

See artikkel kaalub tahkete ainete omadused, olenevalt nende struktuurist. Tahkete ainete füüsikalised omadused: sulamistemperatuur, elektrijuhtivus, soojusjuhtivus, mehaaniline tugevus, plastilisus jne.

Sulamistemperatuur on temperatuur, mille juures aine muutub tahkest olekust vedelaks ja vastupidi.

on aine võime deformeeruda purunemata.

Elektrijuhtivus on aine võime juhtida voolu.

Vool on laetud osakeste järjestatud liikumine. Seega saavad voolu juhtida ainult ained, milles see on laetud osakeste liikumine. Voolujuhtimise võime järgi jagunevad ained juhtideks ja dielektrikuteks. Juhid on ained, mis võivad juhtida voolu (st sisaldavad liikuvaid laetud osakesi). Dielektrikud on ained, mis praktiliselt ei juhi voolu.

Tahkes aines võivad aine osakesed paikneda kaootiliselt, või korrapärasem umbes. Kui tahke aine osakesed paiknevad ruumis kaootiliselt, nimetatakse ainet amorfne. Amorfsete ainete näited - kivisüsi, vilgukivi klaas.

Kui tahke aine osakesed paiknevad ruumis korrapäraselt, s.o. vorm korduvad kolmemõõtmelised geomeetrilised struktuurid, nimetatakse sellist ainet kristall ja struktuur ise kristallvõre . Enamik meile teadaolevatest ainetest on kristallid. Osakesed ise asuvad sõlmed kristallvõre.

Kristallseid aineid eristavad eelkõige osakestevahelise keemilise sideme tüüp kristallis - aatom, molekulaarne, metalliline, ioonne; kristallvõre kõige lihtsama raku geomeetrilise kuju järgi - kuup-, kuusnurkne jne.

Sõltuvalt sellest, osakeste tüüp, mis moodustavad kristallvõre , eristama aatomi-, molekulaar-, ioon- ja metallikristallstruktuur .

Aatomikristallvõre

Aatomkristallvõre tekib siis, kui neid on aatomid. Aatomid on omavahel ühendatud kovalentsed keemilised sidemed. Sellest lähtuvalt on selline kristallvõre väga vastupidav, seda pole lihtne hävitada. Aatomikristallvõre võivad moodustada kõrge valentsiga aatomid, s.t. suure hulga sidemetega naaberaatomitega (4 või enam). Reeglina on need mittemetallid: lihtsad ained - räni, boor, süsinik (teemanti, grafiidi allotroopsed modifikatsioonid) ja nende ühendid (boorsüsinik, räni(IV)oksiid jne)..). Kuna mittemetallide vahel tekib valdavalt kovalentne keemiline side, vabad elektronid(nagu ka muud laetud osakesed) aatomkristallvõrega ainetes enamikul juhtudel ei. Seetõttu on need ained tavaliselt juhivad elektrit väga halvasti, s.t. on dielektrikud. Need on üldised mustrid, millest on mitmeid erandeid.

Osakeste vaheline suhtlus aatomikristallides: .

Kristalli sõlmedes aatomi kristallstruktuuriga aatomid.

Faasi olek aatomikristallid normaalsetes tingimustes: reeglina tahked ained.

Ained, mis moodustavad tahkes olekus aatomkristalle:

1. Lihtsad ained kõrge valentsus (asub perioodilise tabeli keskel): boor, süsinik, räni jne.
2. Nendest mittemetallidest moodustuvad komplekssed ained: ränidioksiid (ränioksiid, kvartsliiv) SiO 2 ; ränikarbiid (korund) SiC; boorkarbiid, boornitriid jne.

Aatomkristallvõrega ainete füüsikalised omadused:

— tugevus;

- tulekindlus (kõrge sulamistemperatuur);

- madal elektrijuhtivus;

- madal soojusjuhtivus;

— keemiline inertsus (mitteaktiivsed ained);

- lahustumatus lahustites.

Molekulaarkristallvõre on võre, mille sõlmed on molekulid. hoiavad molekule kristallis molekulidevahelise tõmbejõu nõrgad jõud (van der Waalsi väed, vesiniksidemed või elektrostaatiline külgetõmme). Sellest lähtuvalt on selline kristallvõre reeglina üsna lihtne hävitada. Molekulaarse kristallvõrega ained - habras, habras. Mida suurem on molekulide vaheline tõmbejõud, seda kõrgem on aine sulamistemperatuur. Molekulaarse kristallvõrega ainete sulamistemperatuurid ei ole reeglina kõrgemad kui 200-300K. Seetõttu eksisteerib tavatingimustes enamik molekulaarse kristallvõrega aineid kujul gaasid või vedelikud. Molekulaarkristallvõre moodustub reeglina tahkel kujul hapete, mittemetallide oksiidide, muude mittemetallide binaarsete ühendite, lihtsate ainete abil, mis moodustavad stabiilseid molekule (hapnik O 2, lämmastik N 2, vesi H 2 O jne), orgaanilised ained. Reeglina on need ained, millel on kovalentne polaarne (harva mittepolaarne) side. Sest elektronid osalevad keemilistes sidemetes, molekulaarse kristallvõrega ained - dielektrikud, halvad soojusjuhid.

Osakeste vaheline suhtlus molekulaarsetes kristallides: m molekulidevahelised, elektrostaatilised või molekulidevahelised tõmbejõud.

Kristalli sõlmedes paigutatud molekulaarse kristallstruktuuriga molekulid.

Faasi olek molekulaarsed kristallid normaalsetes tingimustes: gaasid, vedelikud ja tahked ained.

Ained, moodustub tahkes olekus molekulaarsed kristallid:

1. Lihtsad mittemetallilised ained, mis moodustavad väikeseid tugevaid molekule (O2, N2, H2, S8 ja teised);
2. Keerulised ained (mittemetallide ühendid) kovalentsete polaarsete sidemetega (välja arvatud räni ja boori oksiidid, räni ja süsiniku ühendid) - vesi H 2 O, vääveloksiid SO 3 jne.
3. Monatoomilised haruldased gaasid (heelium, neoon, argoon, krüptoon ja jne);
4. Enamik orgaanilisi aineid, millel ei ole ioonseid sidemeid — metaan CH 4, benseen C 6 H 6 jne.

Füüsikalised omadused molekulaarse kristallvõrega ained:

- sulavus (madal sulamistemperatuur):

— kõrge kokkusurutavus;

- molekulaarsed kristallid tahkel kujul, samuti lahustes ja sulatistes ei juhi voolu;

- faasiolek normaaltingimustes - gaasid, vedelikud, tahked ained;

— kõrge volatiilsus;

- madal kõvadus.

Iooniline kristallvõre

Kui kristalli sõlmedes on laetud osakesi - ioonid, saame rääkida ioonkristallvõre . Reeglina vahelduvad ioonsed kristallid positiivsed ioonid(katioonid) ja negatiivsed ioonid(anioonid), nii et osakesed kristallis jäävad alles elektrostaatilise külgetõmbe jõud . Olenevalt kristalli tüübist ja kristalli moodustavate ioonide tüübist võivad sellised ained olla päris tugev ja sitke. Tahkes olekus ioonkristallides reeglina liikuvaid laetud osakesi ei ole. Kuid kui kristall on lahustunud või sulanud, eralduvad ioonid ja võivad liikuda välise elektrivälja toimel. Need. juhivad voolu ainult lahustes või sulades ioonsed kristallid. Ioonkristallvõre on iseloomulik ainetele, millel on ioonne keemiline side. Näited selliseid aineid soola NaCl kaltsiumkarbonaat- CaCO 3 jne. Ioonkristallvõre moodustub reeglina tahkes faasis metallide ja mittemetallide soolad, alused, samuti metallioksiidid ja kahekomponentsed ühendid.

Osakeste vaheline suhtlus ioonkristallides: .

Kristalli sõlmedes ioonvõrega ioonid.

Faasi olek ioonkristallid normaaltingimustes: tavaliselt tahked ained.

Keemilised ained ioonkristallvõrega:

1. Soolad (orgaanilised ja anorgaanilised), sealhulgas ammooniumisoolad (näiteks, ammooniumkloriid NH4Cl);
2. alused;
3. metallioksiidid;
4. Binaarsed ühendid, mis sisaldavad metalle ja mittemetalle.

Ioonse kristallstruktuuriga ainete füüsikalised omadused:

- kõrge sulamistemperatuur (tulekindel);

- ioonkristallide lahused ja sulamid - voolujuhid;

- enamus ühendeid lahustuvad polaarsetes lahustites (vees);

- tahke faasi enamikus ühendites normaaltingimustes.

Ja lõpuks, metalle iseloomustab eriline ruumiline struktuur - metallist kristallvõre, mis on tingitud metalliline keemiline side . Metalli aatomid hoiavad valentselektrone üsna nõrgalt. Metallist moodustatud kristallis toimuvad samaaegselt järgmised protsessid: mõned aatomid loovutavad elektrone ja muutuvad positiivselt laetud ioonideks; need elektronid liiguvad kristallis juhuslikult; osa elektrone tõmbab ioonide poole. Need protsessid toimuvad samaaegselt ja juhuslikult. Sellel viisil, ioonid ilmuvad , nagu ioonse sideme moodustamisel ja moodustuvad ühised elektronid nagu kovalentse sideme tekkimisel. Vabad elektronid liiguvad juhuslikult ja pidevalt kogu kristalli ruumala ulatuses, nagu gaas. Seetõttu nimetatakse neid mõnikord elektrongaas ". Suure hulga mobiilsete laetud osakeste, metallide olemasolu tõttu juhtida elektrit, soojust. Metallide sulamistemperatuur on väga erinev. Samuti iseloomustatakse metalle omapärane metalliline läige, vormitavus, st. võime muuta kuju ilma hävitamiseta tugeva mehaanilise pinge all, tk. keemilised sidemed ei katke.

Osakeste vaheline suhtlus : .

Kristalli sõlmedes metallrestiga metalliioonid ja aatomid.

Faasi olek metallid tavatingimustes: tavaliselt tahked ained(erand - elavhõbe, vedelik tavatingimustes).

Keemilised ained metallist kristallvõrega - lihtained - metallid.

Metallkristallvõrega ainete füüsikalised omadused:

- kõrge soojus- ja elektrijuhtivus;

- vormitavus ja plastilisus;

- metalliline läige;

— metallid on üldiselt lahustites lahustumatud;

Enamik metalle on tavatingimustes tahked.

Erinevate kristallvõredega ainete omaduste võrdlus

Kristallvõre tüüp (või kristallvõre puudumine) võimaldab hinnata aine põhilisi füüsikalisi omadusi. Erinevate kristallvõredega ühendite tüüpiliste füüsikaliste omaduste ligikaudseks võrdlemiseks on väga mugav kasutada kemikaale iseloomulikud omadused. Näiteks molekulaarvõre jaoks süsinikdioksiid, aatomi kristallvõre jaoks - teemant, metalli jaoks - vask ja ioonse kristallvõre jaoks - soola, naatriumkloriid NaCl.

Periooditabeli põhialarühmade keemiliste elementide moodustatud lihtainete struktuuride koondtabel (sekundaarsete alarühmade elemendid on metallid, seega on neil metalliline kristallvõre).

Lõplik tabel ainete omaduste ja struktuuri seoste kohta:

Üks levinumaid materjale, millega inimesed on alati eelistanud töötada, oli metall. Igal ajastul eelistati nende hämmastavate ainete erinevat tüüpi. Niisiis peetakse IV-III aastatuhandet eKr Chalcolithi ehk vase ajastuks. Hiljem asendub see pronksiga ja siis hakkab kehtima tänapäevalgi aktuaalne - raud.

Tänapäeval on üldiselt raske ette kujutada, et kunagi sai ilma metalltoodeteta hakkama, sest peaaegu kõik, alates majapidamistarvetest, meditsiiniinstrumentidest ja lõpetades raskete ja kergete seadmetega, koosneb sellest materjalist või sisaldab sellest eraldi osi. Miks õnnestus metallidel niivõrd populaarsust koguda? Millised on funktsioonid ja kuidas see on nende struktuurile omane, proovime seda täpsemalt välja mõelda.

Üldine metallide mõiste

"Keemia. 9. klass" on õpik, mida kasutavad kooliõpilased. Just selles uuritakse metalle üksikasjalikult. Nende füüsikaliste ja keemiliste omaduste käsitlemine on pühendatud suurele peatükile, kuna nende mitmekesisus on äärmiselt suur.

Sellest vanusest alates on soovitatav anda lastele ettekujutus nendest aatomitest ja nende omadustest, sest noorukid saavad selliste teadmiste väärtust juba täielikult hinnata. Nad näevad suurepäraselt, et esemete, masinate ja muude asjade mitmekesisus, mis neid ümbritseb, põhineb pelgalt metallilisel olemusel.

Mis on metall? Keemia seisukohast on tavaks viidata nendele aatomitele, millel on:

• välistasandil väike;
• neil on tugevad taastavad omadused;
• neil on suur aatomiraadius;
• kuidas lihtsatel ainetel on hulk spetsiifilisi füüsikalisi omadusi.

Teadmiste aluse nende ainete kohta saab metallide aatom-kristallilist struktuuri arvesse võttes. See selgitab kõiki nende ühendite omadusi ja omadusi.

Perioodilises süsteemis on suurem osa kogu tabelist eraldatud metallidele, kuna need moodustavad kõik sekundaarsed alarühmad ja peamised esimesest kuni kolmanda rühmani. Seetõttu on nende arvuline paremus ilmne. Kõige tavalisemad on:

• kaltsium;
• naatrium;
• titaan;
• raud;
• magneesium;
• alumiinium;
• kaalium.

Kõigil metallidel on mitmeid omadusi, mis võimaldavad neid ühendada üheks suureks ainerühmaks. Neid omadusi omakorda seletab täpselt metallide kristalne struktuur.

Metalli omadused

Vaadeldavate ainete spetsiifilised omadused hõlmavad järgmist.

1. Metalliline läige. Kõik lihtainete esindajad omavad seda ja enamik neist on samad, vaid mõned (kuld, vask, sulamid) erinevad.
2. Tekitavus ja plastilisus - võime üsna kergesti deformeeruda ja taastuda. Erinevatel esindajatel väljendub see erineval määral.
3. Elektri- ja soojusjuhtivus on üks peamisi omadusi, mis määrab metalli ja selle sulamite ulatuse.

Metallide ja sulamite kristalne struktuur selgitab iga näidatud omaduse põhjust ja räägib nende raskusastmest iga konkreetse esindaja puhul. Kui teate sellise struktuuri omadusi, saate mõjutada proovi omadusi ja kohandada seda soovitud parameetritega, mida inimesed on teinud juba aastakümneid.

Metallide aatom-kristalliline struktuur

Mis on selline struktuur, mis seda iseloomustab? Nimetus ise viitab sellele, et kõik metallid on tahkes olekus ehk tavatingimustes kristallid (välja arvatud elavhõbe, mis on vedelik). Mis on kristall?

See on tavapärane graafiline pilt, mis on konstrueeritud kujuteldavate joonte ületamisel läbi keha joondavate aatomite. Teisisõnu, iga metall koosneb aatomitest. Nad asuvad selles mitte juhuslikult, vaid väga regulaarselt ja järjepidevalt. Seega, kui ühendate kõik need osakesed vaimselt üheks struktuuriks, saate ilusa pildi mis tahes kujuga korrapärase geomeetrilise keha kujul.

Seda nimetatakse metalli kristallvõreks. See on väga keeruline ja ruumiliselt mahukas, seetõttu pole lihtsuse huvides näidatud mitte kõike, vaid ainult osa, elementaarrakk. Selliste rakkude kogum, mis on kokku viidud ja peegeldunud ning moodustab kristallvõre. Keemia, füüsika ja metalliteadus on teadused, mis uurivad selliste struktuuride struktuurseid iseärasusi.

Sama on aatomite kogum, mis asuvad üksteisest teatud kaugusel ja koordineerivad enda ümber rangelt fikseeritud arvu teisi osakesi. Seda iseloomustab pakkimistihedus, koostisosade struktuuride vaheline kaugus ja koordineerimisnumber. Üldiselt on kõik need parameetrid kogu kristallile iseloomulikud ja peegeldavad seetõttu metalli omadusi.

Neid on mitmeid.Neid kõiki ühendab üks omadus - sõlmedes on aatomid ja sees elektrongaasipilv, mis tekib elektronide vabal liikumisel kristalli sees.

Kristallvõrede tüübid

Võre struktuuri neliteist võimalust kombineeritakse tavaliselt kolmeks põhitüübiks. Need on järgmised:

1. Kehakeskne kuup.
2. Kuusnurkne tihedalt pakitud.
3. Näokeskne kuup.

Metallide kristallstruktuuri hakati uurima alles siis, kui sai võimalikuks saada suuri kujutisi suurendusi. Ja võretüüpide klassifikatsiooni tutvustas esmakordselt prantsuse teadlane Bravais, kelle nime järgi neid mõnikord nimetatakse.

Keha keskne võre

Seda tüüpi metallide kristallvõre struktuur on järgmine. See on kuubik, mille sõlmedes on kaheksa aatomit. Veel üks asub lahtri vaba siseruumi keskel, mis seletab nimetust "kehakeskne".

See on elementaarraku ja seega ka kogu võre kui terviku lihtsaima struktuuri üks variante. Seda tüüpi metallid on järgmised:

• molübdeen;
• vanaadium;
• kroom;
• mangaan;
• alfa raud;
• beetaraud ja teised.

Selliste esindajate peamised omadused on kõrge vormitavus ja plastilisus, kõvadus ja tugevus.

näokeskne võre

Tahakeskse kuupvõrega metallide kristallstruktuur on järgmine. See on kuubik, mis sisaldab neljateistkümnest aatomist. Neist kaheksa moodustavad võresõlmed ja veel kuus asuvad mõlemal küljel.

Neil on sarnane struktuur:

• alumiinium;
• nikkel;
• plii;
• gamma raud;
• vask.

Peamised eristavad omadused on erinevate värvide läige, kergus, tugevus, vormitavus, suurenenud korrosioonikindlus.

Kuusnurkne võre

Võretega metallide kristallstruktuur on järgmine. Elementaarrakk põhineb kuusnurksel prismal. Selle sõlmedes on 12 aatomit, veel kaks aatomit alustes ja kolm aatomit asuvad vabalt struktuuri keskel asuvas ruumis. Ainult seitseteist aatomit.

Metallid nagu:

• alfa-titaan;
• magneesium;
• alfa-koobalt;
• tsink.

Peamised omadused on kõrge tugevusaste, tugev hõbedane läige.

Metallide kristallstruktuuri defektid

Kuid kõigil vaadeldavatel rakutüüpidel võib olla ka loomulikke vigu ehk niinimetatud defekte. Selle põhjuseks võivad olla erinevad põhjused: võõraatomid ja lisandid metallides, välismõjud jne.

Seetõttu on olemas klassifikatsioon, mis kajastab kristallvõrede vigu. Keemia kui teadus uurib neid kõiki, et teha kindlaks põhjus ja abinõu, et materjali omadused ei muutuks. Niisiis, defektid on järgmised.

1. Punkt. Neid on kolme peamist tüüpi: vabad kohad, lisandid või nihkunud aatomid. Need põhjustavad metalli magnetiliste omaduste, selle elektri- ja soojusjuhtivuse halvenemist.
2. Lineaarne ehk dislokatsioon. Määrake marginaal ja kruvi. Halvendada materjali tugevust ja kvaliteeti.
3. pinnadefektid. Need mõjutavad metallide välimust ja struktuuri.

Praeguseks on välja töötatud meetodid defektide kõrvaldamiseks ja puhaste kristallide saamiseks. Täielikult neid välja juurida pole aga võimalik, ideaalset kristallvõre pole olemas.

Teadmiste väärtus metallide kristallstruktuuri kohta

Eeltoodud materjalist on ilmne, et peenstruktuuri ja struktuuri tundmine võimaldab ennustada materjali omadusi ja neid mõjutada. Ja see võimaldab teil teha keemiateadusi. Üldhariduskooli 9. klass keskendub õpilastele selge arusaamise õpetamisele fundamentaalse loogilise ahela tähtsusest: koostis - struktuur - omadused - rakendus.

Teave metallide kristallstruktuuri kohta illustreerib väga selgelt ja võimaldab õpetajal selgelt selgitada ja näidata lastele, kui oluline on tunda peenstruktuuri, et kõiki omadusi õigesti ja asjatundlikult kasutada.

Looduses on kahte tüüpi tahkeid aineid, mis erinevad oma omaduste poolest märkimisväärselt. Need on amorfsed ja kristalsed kehad. Ja amorfsetel kehadel pole täpset sulamistemperatuuri, need pehmenevad kuumutamise ajal järk-järgult ja muutuvad seejärel vedelaks. Selliste ainete näide on vaik või tavaline plastiliin. Kristalliliste ainetega on aga olukord hoopis teine. Nad püsivad tahkes olekus kuni teatud temperatuurini ja alles pärast selleni jõudmist need ained sulavad.

See kõik on seotud selliste ainete struktuuriga. Kristallkehades paiknevad osakesed, millest need koosnevad, teatud punktides. Ja kui ühendate need sirgjoontega, saate omamoodi kujuteldava raami, mida nimetatakse kristallvõreks. Ja kristallvõrede tüübid võivad olla väga erinevad. Ja vastavalt osakeste tüübile, millest need on "ehitatud", jagunevad võred nelja tüüpi. Need on ioonsed, aatomi-, molekulaarsed ja

Ja sõlmedes on vastavalt ioonid ja nende vahel on ioonside. võivad olla nii lihtsad (Cl-, Na+) kui ka komplekssed (OH-, SO2-). Ja seda tüüpi kristallvõred võivad sisaldada mõningaid metallihüdroksiide ja -oksiide, sooli ja muid sarnaseid aineid. Võtame näiteks tavalise naatriumkloriidi. Selles vahelduvad negatiivsed kloriidioonid ja positiivsed naatriumioonid, mis moodustavad kuubilise kristallvõre. Ioonsed sidemed sellises võres on väga stabiilsed ning selle põhimõtte järgi “ehitatud” ainetel on piisavalt kõrge tugevus ja kõvadus.

On olemas ka kristallvõre tüüpe, mida nimetatakse aatomiteks. Siin asuvad aatomid sõlmedes, mille vahel on tugev kovalentne side. Paljudel ainetel pole aatomvõre. Nende hulka kuuluvad teemant, aga ka kristalne germaanium, räni ja boor. On mõned keerulisemad ained, mis sisaldavad ja millel on vastavalt aatomkristallvõre. Need on mäekristall ja ränidioksiid. Ja enamasti on sellised ained väga tugevad, kõvad ja tulekindlad. Samuti on need praktiliselt lahustumatud.

Ja kristallvõrede molekulaarsetel tüüpidel on mitmesuguseid aineid. Nende hulka kuuluvad külmutatud vesi, see tähendab tavaline jää, "kuiv jää" - tahkestunud süsinikoksiid, aga ka tahke vesiniksulfiid ja vesinikkloriid. Molekulaarvõredes on ka palju tahkeid orgaanilisi ühendeid. Nende hulka kuuluvad suhkur, glükoos, naftaleen ja muud sarnased ained. Ja sellise võre sõlmedes asuvad molekulid on omavahel ühendatud polaarsete ja mittepolaarsete keemiliste sidemetega. Ja vaatamata sellele, et molekulide sees on aatomite vahel tugevad kovalentsed sidemed, hoitakse neid molekule endid väga nõrkade molekulidevaheliste sidemete tõttu võres. Seetõttu on sellised ained üsna lenduvad, kergesti sulavad ja neil ei ole kõrget kõvadust.

Noh, metallidel on mitut tüüpi kristallvõre. Ja nende sõlmed võivad sisaldada nii aatomeid kui ioone. Samal ajal võivad aatomid kergesti muutuda ioonideks, andes oma elektronid "üldisesse kasutusse". Samamoodi võivad ioonid, "haaravad" vaba elektroni, muutuda aatomiteks. Ja selline võre määrab metallide sellised omadused nagu plastilisus, plastilisus, soojus- ja elektrijuhtivus.

Samuti jagunevad metallide ja muude ainete kristallvõre tüübid võre elementaarrakkude kuju järgi seitsmeks põhisüsteemiks. Lihtsaim on kuuprakk. Samuti on olemas rombilised, tetragonaalsed, kuusnurksed, romboeedrilised, monokliinilised ja trikliinilised ühikrakud, mis määravad kogu kristallvõre kuju. Kuid enamikul juhtudel on kristallvõred keerukamad kui ülalpool loetletud. See on tingitud asjaolust, et elementaarosakesed võivad asuda mitte ainult võre sõlmedes, vaid ka selle keskel või esikülgedel. Ja metallide hulgas on kõige levinumad kolm keerulist kristallvõre: näokeskne kuup, kehakeskne kuup ja kuusnurkne tihedalt pakitud. Samuti ei sõltu metallide füüsikalised omadused mitte ainult nende kristallvõre kujust, vaid ka aatomitevahelisest kaugusest ja muudest parameetritest.

Tahked ained esinevad kristalses ja amorfses olekus ning neil on valdavalt kristalne struktuur. Seda eristab osakeste õige paiknemine täpselt määratletud punktides, iseloomustab perioodiline mahu kordumine Kui need punktid mõtteliselt sirgjoontega ühendada, saame ruumilise raami, mida nimetatakse kristallvõreks. Mõiste "kristallvõre" viitab geomeetrilisele kujutisele, mis kirjeldab kolmemõõtmelist perioodilisust molekulide (aatomite, ioonide) paigutuses kristalliruumis.

Punkte, kus osakesed asuvad, nimetatakse võresõlmedeks. Raamistiku sees on sõlmedevahelised ühendused. Osakeste tüüp ja nendevahelise seose olemus: molekulid, aatomid, ioonid - määravad Kokku eristatakse nelja sellist tüüpi: iooniline, aatom-, molekulaarne ja metalliline.

Kui ioonid (negatiivse või positiivse laenguga osakesed) asuvad võre sõlmedes, siis on tegemist ioonse kristallvõrega, mida iseloomustavad samanimelised sidemed.

Need sidemed on väga tugevad ja stabiilsed. Seetõttu on seda tüüpi struktuuriga ained piisavalt kõrge kõvaduse ja tihedusega, mittelenduvad ja tulekindlad. Madalatel temperatuuridel käituvad nad dielektrikutena. Selliste ühendite sulamisel aga rikutakse geomeetriliselt õiget ioonkristallvõre (ioonide paigutust) ja tugevussidemed vähenevad.

Sulamistemperatuuri lähedasel temperatuuril on ioonse sidemega kristallid juba võimelised juhtima elektrivoolu. Sellised ühendid lahustuvad kergesti vees ja muudes polaarsetest molekulidest koosnevates vedelikes.

Ioonkristallvõre on iseloomulik kõigile ioonse sidemega ainetele - sooladele, metallihüdroksiididele, metallide binaarsetele ühenditele mittemetallidega. ei oma suunda ruumis, sest iga ioon on seotud korraga mitme vastasiooniga, mille vastastikmõju tugevus sõltub nendevahelisest kaugusest (Coulombi seadus). Iooniliselt seotud ühenditel on mittemolekulaarne struktuur; need on tahked ained, millel on ioonvõre, kõrge polaarsus, kõrge sulamis- ja keemistemperatuur ning need on vesilahustes elektrit juhtivad. Ioonsete sidemetega ühendeid puhtal kujul peaaegu kunagi ei leita.

Ioonkristallvõre on omane mõnele tüüpiliste metallide hüdroksiididele ja oksiididele, sooladele, s.t. ioonilisi aineid

Lisaks ioonsidemetele kristallides on olemas metallilised, molekulaarsed ja kovalentsed sidemed.

Kristallid, millel on kovalentne side, on pooljuhid või dielektrikud. Aatomikristallide tüüpilised näited on teemant, räni ja germaanium.

Teemant on mineraal, süsiniku allotroopne kuupmodifikatsioon (vorm). Teemandi kristallvõre on aatomiline, väga keeruline. Sellise võre sõlmedes on aatomid, mis on omavahel ühendatud ülitugevate kovalentsete sidemetega. Teemant koosneb üksikutest süsinikuaatomitest, ükshaaval tetraeedri keskel, mille tipud on neli lähimat aatomit. Sellist võret iseloomustab näokeskne kuup, mis määrab teemandi maksimaalse kõvaduse ja üsna kõrge sulamistemperatuuri. Teemantvõres pole molekule – ja kristalli võib vaadelda kui üht imposantset molekuli.

Lisaks on see iseloomulik ränile, tahkele boorile, germaaniumile ning üksikute elementide ühenditele räni ja süsinikuga (ränidioksiid, kvarts, vilgukivi, jõeliiv, karborund). Üldiselt on aatomvõrega esindajaid suhteliselt vähe.

Tahketes ainetes paiknevad osakesed (molekulid, aatomid ja ioonid) üksteisele nii lähedal, et nendevahelised vastasmõjujõud ei lase neil lahku lennata. Need osakesed saavad teha ainult tasakaaluasendi ümber võnkuvaid liikumisi. Seetõttu säilitavad tahked kehad oma kuju ja mahu.

Molekulaarstruktuuri järgi jagunevad tahked ained kristalne ja amorfne .

Kristallkehade ehitus

Kristallrakk

Selliseid tahkeid aineid nimetatakse kristalseteks, milles molekulid, aatomid või ioonid paiknevad rangelt määratletud geomeetrilises järjekorras, moodustades ruumis struktuuri, mida nimetatakse nn. kristallvõre . Seda järjekorda korratakse perioodiliselt kõigis suundades kolmemõõtmelises ruumis. See püsib pikkadel vahemaadel ja ei ole ruumis piiratud. Teda kutsutakse pikamaa tellimus .

Kristallvõrede tüübid

Kristallvõre on matemaatiline mudel, mida saab kasutada osakeste paigutuse kujutamiseks kristallis. Ühendades vaimselt ruumis sirgjoontega punktid, kus need osakesed asuvad, saame kristallvõre.

Selle võre sõlmedes asuvate aatomite vahelist kaugust nimetatakse võre parameeter .

Sõltuvalt sellest, millised osakesed asuvad sõlmedes, on kristallvõred molekulaarne, aatomiline, ioonne ja metalliline .

Kristallkehade sellised omadused nagu sulamistemperatuur, elastsus ja tugevus sõltuvad kristallvõre tüübist.

Kui temperatuur tõuseb väärtuseni, mille juures algab tahke aine sulamine, kristallvõre hävib. Molekulid saavad rohkem vabadust ja tahke kristalne aine läheb vedelasse faasi. Mida tugevamad on sidemed molekulide vahel, seda kõrgem on sulamistemperatuur.

molekulaarvõre

Molekulaarvõredes pole molekulidevahelised sidemed tugevad. Seetõttu on sellised ained tavatingimustes vedelas või gaasilises olekus. Nende tahke olek on võimalik ainult madalatel temperatuuridel. Nende sulamistemperatuur (üleminek tahkest olekust vedelaks) on samuti madal. Ja tavatingimustes on nad gaasilises olekus. Näiteks jood (I 2), "kuiv jää" (süsinikdioksiid CO 2).

aatomvõre

Ainetes, millel on aatomkristallvõre, on aatomitevahelised sidemed tugevad. Seetõttu on ained ise väga tahked. Need sulavad kõrgel temperatuuril. Ränil, germaaniumil, booril, kvartsil, mõnede metallide oksiididel ja looduses kõige kõvemal ainel teemandil on kristalne aatomvõre.

Ioonvõre

Ioonse kristallvõrega ainete hulka kuuluvad leelised, enamik sooli, tüüpiliste metallide oksiidid. Kuna ioonide tõmbejõud on väga suur, võivad need ained sulada ainult väga kõrgetel temperatuuridel. Neid nimetatakse tulekindlateks. Neil on kõrge tugevus ja kõvadus.

metallist rest

Metallvõre sõlmedes, mis on kõigil metallidel ja nende sulamitel, paiknevad nii aatomid kui ioonid. Tänu sellele struktuurile on metallidel hea vormitavus ja plastilisus, kõrge soojus- ja elektrijuhtivus.

Kõige sagedamini on kristalli kuju tavaline hulktahukas. Selliste hulktahukate küljed ja servad jäävad konkreetse aine puhul alati konstantseks.

Üksikkristall on nn üksik kristall . Sellel on korrapärane geomeetriline kuju, pidev kristallvõre.

Looduslikud monokristallid on näiteks teemant, rubiin, mäekristall, kivisool, Islandi sparv, kvarts. Kunstlikes tingimustes saadakse monokristallid kristalliseerumisprotsessis, kui lahused või sulamid jahutatakse teatud temperatuurini ja neist eraldatakse tahke aine kristallidena. Aeglase kristalliseerumiskiirusega on selliste kristallide lihvimisel loomulik kuju. Sel viisil saadakse tööstuslikes eritingimustes näiteks pooljuhtide või dielektrikute monokristalle.

Väikesi kristalle, mis on juhuslikult üksteisega kokku sulanud, nimetatakse polükristallid . Polükristalli selgeim näide on graniit. Kõik metallid on ka polükristallid.

Kristalliliste kehade anisotroopia

Kristallides paiknevad osakesed eri suundades erineva tihedusega. Kui ühendada aatomid ühes kristallvõre suunas sirgjooneliselt, siis on nende vaheline kaugus kogu selles suunas sama. Igas muus suunas on ka aatomite vaheline kaugus konstantne, kuid selle väärtus võib juba erineda eelmise juhtumi kaugusest. See tähendab, et aatomite vahel mõjuvad eri suundades erineva suurusega vastasmõjujõud. Seetõttu erinevad ka aine füüsikalised omadused nendes suundades. Seda nähtust nimetatakse anisotroopia - aine omaduste sõltuvus suunast.

Kristallilise aine elektrijuhtivus, soojusjuhtivus, elastsus, murdumisnäitaja ja muud omadused erinevad sõltuvalt suunast kristallis. Elektrivool juhitakse erinevates suundades erinevalt, aine kuumutatakse erinevalt, valguskiired murduvad erinevalt.

Anisotroopiat polükristallides ei täheldata. Aine omadused jäävad igas suunas samaks.